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系列风电机组事故分析及防范措施(一)——箱变及箱变到变频器接线引发的事故

北极星风力发电网  来源:《风能》  作者:王明军 高原生  2017/2/13 12:05:44  我要投稿  

北极星风力发电网讯:目前,不少新建风电场位于森林密布的高山上,一旦发生机组烧毁事故,不仅带来人身和财产的巨大损失,甚至顷刻间就能使滔滔林海付之一炬,让绿色家园变成黑色焦土。因此,采取有效措施防止风电机组烧毁事故具有重大意义。

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在设计、生产、安装或维护风电机组过程中,机组本身存在的某种缺陷可能导致机组倒塌、烧毁事故。同时,当其附属设备的设计、生产、安装或维护存在问题,也可能造成事故的发生。下面分析几例因箱变及箱变到变频器接线故障而引发的风电机组烧毁事故,以归纳总结出类似事故的预防措施。风电机组烧毁事例

一、箱变低压侧断路器不具备自动跳闸功能

2013 年,某风电场双馈1.5MW 机组,在“低风切出”时,并网开关不能正常与电网脱开,即:发电机定子不能与电网分离。在停机过程中叶轮转速不断降低,定子的旋转磁场与转子的转差率不断增大,在发电机转子上产生的感生电动势将IGBT、低电压穿越模块等击穿短路,巨大的热量还使变频器转子接线的绝缘皮熔化、烧毁,直至变频器处的转子接线开路(事故后,在检查变频器时进一步得到证实)。

当发电机的转子接线开路以后,发电机定子上的阻抗更小,定子流过电流更大,定子线圈发热耗电不断增大,发热剧增,运行数据显示,发热消耗功率很快达到1.8MW。在箱变负载过流的情况下,因箱变低压侧断路器不具备自动跳闸功能(如图1 所示)不能断开,于是定子温度迅速上升。

发电机定子产生的大量热量使发电机内及附属可燃物燃烧,如:发电机轴承内的润滑油,连接电缆,发电机上的润滑油泵等,机组在执行停机命令3 分钟后,因箱变35kV侧高压保险熔断跳闸,机组断电,但由于断电太晚,最后机组全部烧毁。

与机组配套的箱变,其低压侧断路器不具备跳闸功能是本次事故的关键因素。早在2011 年,该风电场某机组在维修时,因并网开关误动作曾经导致变频器烧毁,因现场人员及时手动断开箱变低压侧断路器,避免了事故的进一步扩大与机组烧毁事故的发生。遗憾的是,箱变低压侧断路器不具备自动跳闸问题没有引起足够的重视,此隐患一直没有消除,直至2013 年,最终导致了机组烧毁事故。

二、接线电缆短路,箱变低压侧断路器不能正常跳闸、高压侧无法正常熔断

2015 年,某风电场1.5MW 双馈机组,变频器布置于塔基。投入运行4 年之后,机组运行过程中,出现“暂态电网”报警,1 秒之后,再报“变频器故障”停机。事故之后,勘查时发现,事发时,箱变到变频器的接线电缆短路,出现严重拉弧、碳化现象,如图2 所示。箱变的高、低压侧又因故障均不能正常断电,从而造成火势迅速扩大和蔓延,导致塔基的照明、通信、控制和机舱、塔筒的供电电缆燃烧,并一路自下而上燃烧至机舱,最终导致机组烧毁事故的发生。

在机组安装时,事故机组箱变到变频器的接线电缆采用的是一根总电缆,内有3 根接线电缆,电缆直径大、强度高、接线困难。因此,在接线时,线缆的相与相之间相互交叉。当电缆穿过变频器平台接线口时,没有按规范施工。电缆绝缘层与变频器平台的钢架挤压严重,在机组投入运行后,因人员在变频器平台上走动,或在机组运行时,变频器上的运行部件造成(例如,风扇)的振动,电缆绝缘层因平台的轻微运动而逐渐摩擦、刮伤受损。在机组维护时,也没有对箱变进线电缆进行检查,最终导致电缆绝缘层破损,电缆对地短路、严重拉弧打火。

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